(57)【要約】  スペクトル撮像システムは、焦点面アレイ（１２２）を含む。焦点面アレイは、複数の撮像ピクセルの列（１２４）を含み、複数の撮像ピクセルの列の各撮像ピクセルの列は、２つ以上の個々の撮像ピクセルを含み、複数の撮像ピクセルの列は、第１の撮像ピクセルの列（１２４ａ）および第２の撮像ピクセルの列（１２４ｂ）を含む。スペクトルイメージャはまた、焦点面アレイの第１の撮像ピクセルの列に光学的に結合されるリファレンスフィルタ（１４２）および焦点面アレイの第２の撮像ピクセルの列に光学的に結合される多変量光学素子（１４０）を含む。
2019537021.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
焦点面アレイであって、
前記焦点面アレイが、複数の撮像ピクセルの列を含み、
前記複数の撮像ピクセルの列の各撮像ピクセルの列が、２つ以上の個々の撮像ピクセルを含み、
前記複数の撮像ピクセルの列が、第１の撮像ピクセルの列および第２の撮像ピクセルの列を含む、焦点面アレイと、
前記焦点面アレイの前記第１の撮像ピクセルの列に光学的に結合されるリファレンスフィルタと、
前記焦点面アレイの前記第２の撮像ピクセルの列に光学的に結合される多変量光学素子と、
を備える、スペクトル撮像システム。
【請求項２】
前記焦点面アレイに光学的に結合される少なくとも１つのレンズを含む撮像用光学系をさらに備え、前記焦点面アレイおよび前記撮像用光学系が、少なくとも１つのレンズの焦点が前記焦点面アレイ上に投射されるように互いに対して位置付けられる、請求項１に記載のスペクトル撮像システム。
【請求項３】
１つまたは複数のプロセッサおよび１つまたは複数のメモリモジュールを含むイメージングコントローラをさらに備え、
前記イメージングコントローラが、前記焦点面アレイに通信可能に結合され、前記焦点面アレイによって出力される信号を処理し、前記焦点面アレイの前記複数の撮像ピクセルの列のサブセットによって出力される信号に基づいて画像データを生成するよう構成され、
前記複数の撮像ピクセルの列の前記サブセットが、前記第１のピクセルの列および前記第２のピクセルの列を含む、請求項１または２に記載のスペクトル撮像システム。
【請求項４】
前記複数の撮像ピクセルの列が、前記多変量光学素子または前記リファレンスフィルタに光学的に結合されない無フィルタ撮像ピクセルの列を含み、
前記複数の撮像ピクセルの列の前記サブセットが、前記無フィルタ撮像ピクセルの列を含まない、請求項３に記載のスペクトル撮像システム。
【請求項５】
前記多変量光学素子が、第１の多変量光学素子を含み、前記スペクトル撮像システムが、前記複数の撮像ピクセルの列の第３の撮像ピクセルの列に光学的に結合される第２の多変量光学素子をさらに含み、前記第２の撮像ピクセルの列が、前記第１の撮像ピクセルの列と前記第３の撮像ピクセルの列との間に位置付けられる、請求項１から４のいずれか１項に記載のスペクトル撮像システム。
【請求項６】
前記多変量光学素子が、第１の多変量光学素子を備え、前記リファレンスフィルタが、第１のリファレンスフィルタを備え、前記スペクトル撮像システムが、
第３の撮像ピクセルの列に光学的に結合される第２のリファレンスフィルタと、
前記複数の撮像ピクセルの列の第４の撮像ピクセルの列に光学的に結合される第２の多変量光学素子と、
をさらに備え、
前記第２の撮像ピクセルの列が前記第１の撮像ピクセルの列と前記第３の撮像ピクセルの列との間に位置付けられ、
前記第３の撮像ピクセルの列が前記第２の撮像ピクセルの列と前記第４の撮像ピクセルの列との間に位置付けられる、請求項１から５のいずれか１項に記載のスペクトル撮像システム。
【請求項７】
スペクトル撮像システムを用いて前記標本試料の第１の部分に関する基準信号を生成するステップであって、前記スペクトル撮像システムが、
第１の撮像ピクセルおよび第２の撮像ピクセルを含む複数の撮像ピクセルと、
前記第１の撮像ピクセルに光学的に結合されるリファレンスフィルタと、
前記第２の撮像ピクセルに光学的に結合される多変量光学素子と、
を備え、
光が前記リファレンスフィルタを通過し、その後前記第１の撮像ピクセルを照射するように、前記標本試料の前記第１の部分を前記第１の撮像ピクセルと光学的に整列させ、それにより、前記基準信号を生成する、ステップと、
前記光が前記多変量光学素子を通過し、その後前記第２の撮像ピクセルを照射するように、前記標本試料の前記第１の部分を前記第２の撮像ピクセルと光学的に整列させるステップと、
前記第２の撮像ピクセルに光を照射すると、スペクトル信号を生成するステップと、
を含む方法。
【請求項８】
前記第１の撮像ピクセルおよび前記第２の撮像ピクセルに通信可能に結合されるイメージングコントローラで前記基準信号および前記スペクトル信号を受けるステップと、
前記イメージングコントローラを用いて、前記基準信号に基づく前記標本試料の前記第１の部分に関する基準画像データおよび前記スペクトル信号に基づく前記標本試料の前記第１の部分に関するスペクトル画像データを生成するステップと、
前記基準画像データおよび前記スペクトル画像データを比較するステップと、
前記基準画像データと前記スペクトル画像データとの間の前記比較に基づいて前記標本試料の前記第１の部分の標的スペクトルシグネチャを決定するステップと、
をさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記標本試料の前記第１の部分の前記標的スペクトルシグネチャを前記標本試料の前記第１の部分のベースラインスペクトルシグネチャと比較するステップをさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記スペクトル撮像システムが、
焦点面アレイであって、
前記焦点面アレイが、複数の撮像ピクセルの列を含み、
前記複数の撮像ピクセルの列の各撮像ピクセルの列が、２つ以上の個々の撮像ピクセルを含み、
前記複数の撮像ピクセルの列が、前記第１の撮像ピクセルを含む第１の撮像ピクセルの列および前記第２の撮像ピクセルを含む第２の撮像ピクセルの列を含む、焦点面アレイをさらに含み、
前記リファレンスフィルタが、前記焦点面アレイの前記第１の撮像ピクセルの列に光学的に結合され、
前記多変量光学素子が、前記焦点面アレイの前記第２の撮像ピクセルの列に光学的に結合される、請求項７から９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
開口と、
第１の撮像ピクセルおよび第２の撮像ピクセルを含む複数の撮像ピクセルと、
前記開口と前記複数の撮像ピクセルとの間に位置付けられ、前記開口と前記複数の撮像ピクセルとに光学的に結合される撮像用光学系であって、前記撮像用光学系が、前記開口から前記複数の撮像ピクセルの１つ以上に光を向けるよう構成される撮像用光学系と、
前記第１の撮像ピクセルに光学的に結合され、前記撮像用光学系と前記第１の撮像ピクセルとの間に位置付けられるリファレンスフィルタと、
前記第２の撮像ピクセルに光学的に結合され、前記撮像用光学系と前記第２
の撮像ピクセルとの間に位置付けられる多変量光学素子と、
を備えるスペクトル撮像システム。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は、米国特許法第１１９条に基づき、２０１６年１１月３０日に出願された米国仮特許出願第６２／４２８，０３２号の優先権を主張するものであり、その内容に依拠し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【技術分野】
【０００２】
本明細書は、一般にスペクトル撮像のためのシステムおよび方法に関し、より詳細には、複数のピクセル、リファレンスフィルタ、および多変量光学素子を含むスペクトル撮像システムに関する。
【背景技術】
【０００３】
ハイパースペクトル撮像の商業用および工業用用途は、特に、インライン処理監視領域において拡張的な、新興市場である。しかし、従来のハイパースペクトル撮像装置は、非常に高価で統合の速度が遅い場合が多く、特に、用途が短波長赤外線（ＳＷＩＲ）スペクトル領域での検出を要求するとき、多くの用途で実装することができない。高速ＳＷＩＲカメラは、市販されているが、とても高価で、かつ超高速で生成される大量のデータを扱うため通常追加の処理ハードウェアが要求される。さらに、光学フィルタなどの複雑な光学構成部品もシステムの費用および複雑さに輪を掛ける。
【０００４】
プロセス開発および費用の観点から、ハイパースペクトル撮像システムの改良に多くの機会がある。現在市場で実践されているものより、標本試料をスペクトル撮像し、分析する、より速く、より簡単で、より安価で、より正確なシステムを持つことは強い関心を呼ぶ。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、スペクトル撮像の代替の改良されたシステムおよび方法に対する要求がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一実施形態によれば、スペクトル撮像システムは、焦点面アレイを含む。焦点面アレイは、複数の撮像ピクセルの列を含み、複数の撮像ピクセルの列の各撮像ピクセルの列は、２つ以上の個々の撮像ピクセルを含み、複数の撮像ピクセルの列は、第１の撮像ピクセルの列および第２の撮像ピクセルの列を含む。スペクトルイメージャはまた、焦点面アレイの第１の撮像ピクセルの列に光学的に結合されるリファレンスフィルタおよび焦点面アレイの第２の撮像ピクセルの列に光学的に結合される多変量光学素子を含む。
【０００７】
別の実施形態では、一方法は、スペクトル撮像システムを用いて標本試料の第１の部分に関する基準信号を生成することを含む。スペクトル撮像システムは、第１の撮像ピクセルおよび第２の撮像ピクセルを有する複数の撮像ピクセル、第１の撮像ピクセルに光学的に結合されるリファレンスフィルタ、および第２の撮像ピクセルに光学的に結合される多変量光学素子を含む。光が、リファレンスフィルタを通過し、その後第１の撮像ピクセルを照射するように、標本試料の第１の部分を第１の撮像ピクセルと光学的に整列させ、それにより、基準信号を生成する。その方法は、標本試料の第１の部分を第２の撮像ピクセルと光学的に整列させることをさらに含み、それにより、光は、多変量光学素子を通過し、その後第２の撮像ピクセルを照射し、第２の撮像ピクセルへの光の照射に応じてスペクトル信号を生成する。
【０００８】
さらに別の実施形態では、スペクトル撮像システムは、開口、第１の撮像ピクセルおよび第２の撮像ピクセルを有する複数の撮像ピクセル、ならびに開口と複数の撮像ピクセルとの間に位置付けられ、それらに光学的に結合される撮像用光学系を含む。撮像用光学系は、開口から複数の撮像ピクセルの１つ以上に光を向けるよう構成される。スペクトルイメージャはまた、第１の撮像ピクセルに光学的に結合され、撮像用光学系と第１の撮像ピクセルとの間に位置付けられるリファレンスフィルタおよび第２の撮像ピクセルに光学的に結合され、撮像用光学系と第２の撮像ピクセルとの間に位置付けられる多変量光学素子を含む。
【０００９】
本明細書に説明されるプロセスおよびシステムのさらなる特徴および利点は、後述の説明に詳細に記載されるが、その説明から、一部は当業者にすぐに明らかになろう。または以下の発明を実施するための形態、特許請求の範囲ならびに添付図面を含む、本明細書に説明される実施形態を実践することにより認識されよう。
【００１０】
上述の一般的な説明および以下の詳細の説明の両方とも様々な実施形態を説明し、請求項に記載された主題の性質および特徴を理解するための概要または骨子を提供することを意図していることが理解される。添付の図面は、様々な実施形態のさらなる理解を提供するために含まれ、本明細書に組み込まれ、その一部を構成する。図面は、本明細書に説明される様々な実施形態を図示し、説明と共に請求項に記載された主題の原理および動作を説明する役割を担う。
【００１１】
図面に記載される実施形態は、性質の例示および代表であり、本特許請求の範囲によって定義される主題を制限する意図はない。例示的な実施形態の以下の詳細の説明は、同様の構造が同様の参照符号で示される以下の図面と共に読むとき、理解できるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１Ａ】本明細書に示され、説明される１つまたは複数の実施形態による、スペクトルイメージャ、標本試料およびその間に延びる撮像経路を備えるスペクトル撮像システムを概略的に示す。
【図１Ｂ】本明細書に示され、説明される１つまたは複数の実施形態による、標本試料が、図１Ａに示すよりスペクトルイメージャに対して異なる位置に位置付けられる、図１Ａのスペクトル撮像システムを概略的に示す。
【図１Ｃ】本明細書に示され、説明される１つまたは複数の実施形態による、図１Ａおよび図１Ｂのスペクトル撮像システムの外部撮像用光学系を概略的に示す。
【図２】本明細書に示され、説明される１つまたは複数の実施形態による、焦点面アレイに配置された複数の撮像ピクセルを有するスペクトルイメージャを概略的に示す。
【図３Ａ】本明細書に示され、説明される１つまたは複数の実施形態による、複数の撮像ピクセルの個々の列に光学的に結合されるリファレンスフィルタおよび多変量光学素子を有する図２のスペクトルイメージャを概略的に示す。
【図３Ｂ】本明細書に示され、説明される１つまたは複数の実施形態による、複数の撮像ピクセルの個々の列に光学的に結合されるリファレンスフィルタおよび複数の多変量光学素子を有する図２のスペクトルイメージャを概略的に示す。
【図３Ｃ】本明細書に示され、説明される１つまたは複数の実施形態による、複数の撮像ピクセルの個々の列に光学的に結合される複数のリファレンスフィルタおよび複数の多変量光学素子を有する図２のスペクトルイメージャを概略的に示す。
【図４】本明細書に示され、説明される１つまたは複数の実施形態による、筐体、開口および複数の撮像ピクセルを備えるスペクトルイメージャを概略的に示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
ここで、スペクトル撮像システムおよびスペクトル信号とスペクトル画像データを生成する方法の詳細を参照すると、その例が添付の図面に示されている。可能な限り、図面を通して、同一の参照符号が、同一または同様の部品を参照するため使用される。スペクトル撮像システムは、撮像ピクセルの焦点面アレイなどの複数の撮像ピクセルを有するスペクトルイメージャを含む。複数の撮像ピクセルはそれぞれ、標本試料に反射し、複数の撮像ピクセルが受ける光に基づいて信号を受信および出力するよう構成されている。スペクトル撮像システムはまた、複数の撮像ピクセルに通信可能に結合されるイメージングコントローラを含む。イメージングコントローラは、複数の撮像ピクセルによって出力される信号に基づく標本試料に関する画像データを生成する。リファレンスフィルタおよび多変量光学素子は、複数の撮像ピクセルに光学的に結合され、複数の撮像ピクセルが受ける標本に反射した光を変更するように動作し、それにより、複数の撮像ピクセルによって出力される信号によりイメージングコントローラがスペクトル画像データを生成し、標本試料の標的スペクトルシグネチャを局所化することができる。動作に際しては、本明細書に記載のスペクトル撮像システムは、以前の撮像システムより速い処理速度で画像データを生成する。というのも、イメージングコントローラは、例えば、リファレンスフィルタおよび多変量光学素子に光学的に結合される撮像ピクセルなどの、撮像ピクセルのサブセットのみに基づいて画像データを生成するためである。さらに、本明細書に記載のスペクトル撮像システムの一部の実施形態は、それぞれ、異なる撮像ピクセルに結合するので、多変量光学素子とリファレンスフィルタの間で交換するフィルタ交換機構を必要とせず、複雑さと費用を低減する。スペクトル撮像システムおよびスペクトル撮像システムを用いて標本試料を分析する方法は、添付の図面を特に参照して、本明細書でより詳細に説明する。
【００１４】
ここで、図１Ａおよび図１Ｂを参照すると、スペクトル撮像システム１００が概略的に示されている。スペクトル撮像システム１００は、スペクトルイメージャ１１０、イメージングコントローラ１１２、および支持面１０５を備える。支持面１０５は、コンベアベルト１８２、またはテーブルなどの、並進移動可能な構成要素または静止した構成要素を含み得る。支持面１０５およびスペクトルイメージャ１１０は、撮像経路１１１が支持面１０５とスペクトルイメージャ１１０との間に延びるように、互いに対して位置付けられる。 例えば、撮像経路１１１は、支持面１０５を横切って延びて、支持面１０５に撮像領域１８５を形成する。動作に際して、スペクトルイメージャ１１０は、支持面１０５上に位置付けられる１つまたは複数の標本試料１９０（例えば、支持面１０５に形成される撮像領域１８５内に位置付けられる標本試料１９０の一部（例えば、第１の部分１９２））をスペクトル撮像するため使用されうる。標本試料１９０は、例えば、１つまたは複数の食品、原材料、または製造品などの、任意の物体を含んでもよい。以下により詳細に説明するように、本明細書に記載のスペクトル撮像システム１００は、標本試料１９０をスペクトル分析するため使用されうる。
【００１５】
実施形態によっては、スペクトル撮像システム１００は、撮像経路１１１に光を出力するよう構成される光発生装置１６０を含みうる。光発生装置１６０は、スペクトルイメージャ１１０の構成要素であってもよく、またはスペクトルイメージャ１１０の外部に構成要素を備えてもよい（図１Ａおよび図１Ｂに示すように）。 光発生装置１６０は、赤外線の範囲、可視の範囲、紫外線の範囲、またはその組み合わせの波長を含む光を出力するよう構成されうる。例えば、光発生装置１６０は、レーザー光源、または発光ダイオード（ＬＥＤ）などを含みうる。実施形態によっては、スペクトル撮像システム１００は、光発生装置１６０を含むことができず、代わりにスペクトル撮像システム１００が標本試料１９０を分析するために位置する環境にある環境光を使用してもよい。
【００１６】
ここで、図１Ａから図１Ｃを参照すると、スペクトル撮像システム１００は、支持面１０５とスペクトルイメージャ１１０との間の撮像経路１１１内に位置付けられる外部結像光学系１５０をさらに含みうる。外部結像光学系１５０は、標本試料１９０に反射した光を、例えば、スペクトルイメージャ１１０の複数の撮像ピクセル１２５（図２）など、スペクトルイメージャ１１０に向けるよう構成される１つまたは複数の光学素子を含む。さらに、光発生装置１６０は、光発生装置１６０によって出力された光を外部結像光学系１５０で受けて、標本試料１９０に向けるように、外部結像光学系１５０に光学的に結合されうる。図１Ｃを参照すると、外部結像光学系１５０は、レンズ１５２およびダイクロイックミラー１５６などの１つまたは複数のミラーを含みうる。図１Ｃに示すように、外部結像光学系１５０は、標本試料１９０とスペクトルイメージャ１１０との間に位置付けられる。さらに、ダイクロイックミラー１５６は、標本試料１９０（支持面１０５上に位置付けられうる）とレンズ１５２の間に位置付けられる。さらに、ダイクロイックミラー１５６は、光発生装置１６０によって出力された光を標本試料１９０に向け、標本試料１９０に反射した光がダイクロイックミラー１５６を通過し、スペクトルイメージャ１１０に到達できるよう構成される。さらに、レンズ１５２は、例えば、スペクトルイメージャ１１０の焦点面アレイ１２２に光学的に結合されるなど、複数の撮像ピクセル１２５に光学的に結合される。実施形態によっては、焦点面アレイ１２２および外部結像光学系１５０は、レンズ１５２の焦点１５４が焦点面アレイ１２２上に投射されるように、互いに対して位置付けられうる。
【００１７】
再度、図１Ａおよび図１Ｂを参照すると、スペクトル撮像システム１００は、支持面１０５として動作しうる、コンベアベルト１８２を含むコンベアシステム１８０を含みうる。コンベアベルト１８２は、１つまたは複数のコンベアローラ１８４の回転が並進移動の方向１０２にコンベアベルト１８２を並進移動するように、１つまたは複数のコンベアローラ１８４に回転可能に結合される。さらに、１つまたは複数のコンベアローラ１８４は、電気的におよび／または機械的に動力を与えられてもよく、並進移動の方向１０２に回転してコンベアベルト１８２（およびその上に位置付けられる標本試料１９０）を駆動し、それにより、標本試料１９０およびスペクトルイメージャ１１０を互いに対して並進移動できる。他の実施形態によっては、支持面１０５は、テーブルなどの静止した構成要素を含む。これらの実施形態では、スペクトルイメージャ１１０は、標本試料１９０およびスペクトルイメージャ１１０が、互いに対して並進移動できるように、並進移動可能でありうる。例えば、スペクトルイメージャ１１０は、スペクトルイメージャ１１０を並進移動するよう構成される支持構造体に結合されうる。例示的な支持構造体は、直線的におよび／または枢動可能に（例えば、方位角に）スペクトルイメージャ１１０を標本試料１９０に対して並進移動するよう構成される、ガントリまたは三脚台などを含む。
【００１８】
ここで、図２を参照すると、スペクトルイメージャ１１０は、少なくとも第１の撮像ピクセル１２５ａおよび第２の撮像ピクセル１２５ｂを含む複数の撮像ピクセル１２５（例えば、光覚ピクセル）を有する視覚センシング装置を含む。実施形態によっては、スペクトルイメージャ１１０は、１群列の撮像ピクセル１２５を含む焦点面アレイ１２２を含む。図２に示すように、スペクトルイメージャ１１０は、１群列の撮像ピクセル１２５を含む焦点面アレイ１２２を有するフレーミングカメラ１２０を含みうる。本明細書で使用される、「フレーミングカメラ」は、２行以上の撮像ピクセル１２５および２列以上の撮像ピクセル１２５（例えば、二次元行列の撮像ピクセル１２５）を有する１群列のピクセル１２５を含む任意のデジタルカメラを指す。例示的なフレーミングカメラ１２０は、可視波長カメラまたは短波カメラなどのデジタルカメラを含む。実施形態によっては、焦点面アレイ１２２は、単なる単一の行の撮像ピクセル１２５（図４に示すように）を含んでもよい。撮像ピクセル１２５は、アクティブピクセルセンサまたはパッシブピクセルセンサなどを含みうる。実施形態によっては、各撮像ピクセル１２５は、光検出器（例えば、フォトダイオード）および光検出器アンプ（例えば、アクティブアンプ）を含む。各撮像ピクセル１２５は、浮遊拡散ゲート、トランスファーリセットゲート、選択ゲートおよびソースフォロアトランジスタを追加で含みうる。実施形態によっては、フレーミングカメラ１２０は、電荷結合素子であってもよく、撮像ピクセル１２５は、ＰドープＭＯＳコンデンサを含んでもよい。
【００１９】
さらに図２を参照すると、焦点面アレイ１２２は、少なくとも第１の撮像ピクセルの列１２４ａおよび第２の撮像ピクセルの列１２４ｂを有する複数の撮像ピクセルの列１２４を含み得る。各撮像ピクセルの列１２４は、２つ以上の撮像ピクセル１２５を含む。例えば、第１の撮像ピクセル１２５ａは、第１の撮像ピクセルの列１２４ａ内に位置付けられ、第２の撮像ピクセル１２５ｂは、第２の撮像ピクセルの列１２４ｂ内に位置付けられる。実施形態によっては、焦点面アレイ１２２は、約２から１０００の撮像ピクセルの列１２４を含んでもよく、各撮像ピクセルの列１２４は、約２個から１０００個の撮像ピクセル１２５を含んでもよい。言い方を変えると、焦点面アレイ１２２は、約２行から１０００行の撮像ピクセル１２５および２列から１０００列の撮像ピクセル１２５を含んでもよい。一非限定的な例として、焦点面アレイ１２２は、６４０×４８０アレイの撮像ピクセル１２５を含みうる。
【００２０】
ここで、図３Ａから図３Ｃを参照すると、スペクトルイメージャ１１０は、例えば、フレーミングカメラ１２０の焦点面アレイ１２２など、撮像ピクセル１２５の１つ以上に光学的に結合される１つまたは複数の光学素子をさらに含む。光学素子は、例えば、１つまたは複数の撮像ピクセルの列１２４など、それぞれ少なくとも１つの撮像ピクセル１２５に光学的に結合される１つまたは複数の多変量光学素子１４０、リファレンスフィルタ１４２、および／またはブロック化素子１４８を含みうる。多変量光学素子１４０は、スペクトルシグネチャに基づいて光を遮断するまたは伝送するよう構成される光学素子であり、例えば、スペクトルシグネチャに基づいて特定の光の波長を遮断するまたは伝送する。例えば、多変量光学素子１４０は、基板に結合される複数の膜（例えば、光透過性基板）を含む薄膜干渉フィルタを含みうる。複数の膜はそれぞれ、異なる波長の組み合わせに対して、透過性、反射性、吸収性、またはその組み合わせであってもよい。したがって、積層またはその他の方法で複数の膜を連結すること、および実施形態によっては、膜を基板上に配置することにより、所望のスペクトルシグネチャに基づいて、光を遮断するまたは伝送するよう構成される多変量光学素子を設ける。さらに、多変量光学素子１４０の各膜の透過性、反射性、および吸収性特性は、モデリングおよび回帰分析を用いて特に適合されうる。理論に制限されることを意図しなければ、スペクトルシグネチャは、発光された、反射された、または吸収された電磁放射の波長の特定の組み合わせである。本明細書で使用される「スペクトルシグネチャ」は、標本試料１９０を識別し、かつ／または分析するために使用されうる、標本試料１９０が反射した光の固有の波長の組み合わせ（例えば、１つまたは複数の離散波長および／または離散波長帯域）を指す。さらに、スペクトルシグネチャの固有の波長の組み合わせはまた、標本試料１９０が、波長の特定の組み合わせおよび波長の特定の組み合わせの他の波長に対する波長の特定の組み合わせの各波長の相対強度の両方により識別できるように、他とまったく別の相対強度関係を持ちうる。 動作に際して、多変量光学素子１４０は、スペクトルシグネチャ内の波長を有する光の通過を許し、スペクトルシグネチャ外の波長を有する光の通過を防ぐよう構成される。さらに、多変量光学素子１４０を通過する光の相対強度（例えば、スペクトルシグネチャ内の光）は、多変量光学素子１４０によって変更されない。したがって、多変量光学素子１４０を通過する光のスペクトルシグネチャは、他とまったく別の波長の組み合わせおよび他とまったく別の相対強度の組み合わせの両方を備える。
【００２１】
リファレンスフィルタ１４２は、リファレンスフィルタ１４２を通過する光の強度を低減するよう構成される光学フィルタを含む。したがって、リファレンスフィルタ１４２を通過し、リファレンスフィルタ１４２に光学的に結合される１つまたは複数の撮像ピクセル１２５が受ける光は、低減された強度を備える。リファレンスフィルタ１４２は、中性濃度フィルタまたはリニア可変フィルタを備えうる。理論に制限されることを意図しなければ、中性濃度フィルタは、中性濃度フィルタが光をスペクトル変更しないように中性濃度フィルタを通過する光のすべての波長の強度を均等に低減するよう構成される。言い換えれば、中性濃度フィルタは、スペクトルイメージャ１１０が受ける光の各波長で相対強度を変更しない。したがって、撮像ピクセル１２５を照射する標本試料１９０が反射した光は、中性濃度フィルタを通過した後、標本試料１９０のスペクトルシグネチャを維持する。
【００２２】
さらに、理論に制限されることを意図しなければ、リニア可変フィルタは、リニア可変フィルタを通過する光の強度を不均一に低減するよう構成される可変厚の光学フィルタを備える。したがって、実施形態によっては、リニア可変フィルタは、例えば、複数の撮像ピクセルの列１２４など、複数の撮像ピクセル１２５に光学的に結合されて、光がリニア可変フィルタを通過する位置に応じてリニア可変フィルタを異なるように通過する光の波長の強度を低減しうる。例えば、第１の撮像ピクセルの列１２４ａに光学的に結合されたリニア可変フィルタの部分は、第２の撮像ピクセルの列１２４ｂに光学的に結合されたリニア可変フィルタの部分より光の強度を異なるように低減するよう構成されうる。これにより、例えば、スペクトル画像データを異なる強度の基準画像データと比較することが望ましい実施形態において、単一のリニア可変フィルタを複数の中性濃度フィルタの代わりに使用できる。
【００２３】
実施形態によっては、スペクトルイメージャ１１０は、中性濃度フィルタおよびリニア可変フィルタの両方を含む複数のリファレンスフィルタ１４２を備える。さらに、実施形態によっては、リファレンスフィルタ１４２は、多変量光学素子１４０と一致しうる。例えば、リファレンスフィルタ１４２は、リファレンスフィルタ１４２に光学的に結合される１つまたは複数の撮像ピクセル１２５が受ける光の強度を下げることができ、それにより、基準信号の最大強度は、対応する多変量光学素子１４０のスペクトルシグネチャ内の波長の最大強度と等しくなる、または対応する多変量光学素子１４０のスペクトルシグネチャの波長の最大強度より大きい閾値強度内になる。対応する多変量光学素子１４０は、並進移動の方向１０２でリファレンスフィルタ１４２に近接して位置付けられる多変量光学素子１４０でありうる。
【００２４】
さらに、図３Ａから図３Ｃを参照すると、複数の撮像ピクセル１２５は、例えば、１つまたは複数の無フィルタ撮像ピクセルの列１２６など、１つまたは複数の無フィルタ撮像ピクセル１２７を含みうる。無フィルタ撮像ピクセル１２７は、多変量光学素子１４０またはリファレンスフィルタ１４２に光学的に結合されていない。例えば、図３Ａに示す実施形態では、第３の撮像ピクセルの列１２４ｃおよび第４の撮像ピクセルの列１２４ｄは、無フィルタ撮像ピクセルの列１２６を含む。さらに、図３Ａから図３Ｄに示す実施形態では、第４の撮像ピクセルの列１２４ｅから第１０の撮像ピクセルの列１２４ｊは、無フィルタ撮像ピクセルの列１２６を含む。さらに、ブロック化素子１４８は、１つまたは複数の無フィルタ撮像ピクセル１２７に光学的に結合されうる（例えば、１つまたは複数の無フィルタ撮像ピクセル１２７の上に配置されて、またはその他の方法でそれと光学的に整列されてこれらの無フィルタ撮像ピクセル１２７に光が届くのを防ぐ）。例えば、図３Ａから図３Ｃに示すように、ブロック化素子１４８は、第１０の撮像ピクセルの列１２４ｊに光学的に結合されうる。ブロック化素子１４８は、第１０の撮像ピクセルの列１２４ｊに光学的に結合されるとして図示されているが、これは、一例示的配置であり、実施形態によっては、１つまたは複数のブロック化素子１４８が、任意の撮像ピクセル１２５および撮像ピクセルの列１２４に光学的に結合されてもよいことを理解されたい。
【００２５】
図３Ａから図３Ｃはそれぞれ、リファレンスフィルタ（複数可）１４２および多変量光学素子（複数可）１４０の異なる配列を有する一例示的なスペクトルイメージャ１１０を示す。図３Ａに示す非制限的な例では、リファレンスフィルタ１４２を通過する光が、第１の撮像ピクセルの列１２４ａに照射するように、リファレンスフィルタ１４２は、例えば、第１の撮像ピクセルの列１２４ａの上に配置されうる、またはその他の方法でそれと光学的に整列されうる、など、第１の撮像ピクセルの列１２４ａ（それにより、第１の撮像ピクセル１２５ａ）に光学的に結合される。さらに、多変量光学素子１４０を通過する光が、第２の撮像ピクセルの列１２４ｂに照射するように、多変量光学素子１４０は、例えば、第２の撮像ピクセルの列１２４ｂの上に配置されうる、またはその他の方法でそれと光学的に整列されうるなど、第２の撮像ピクセルの列１２４ｂ（それにより、第２の撮像ピクセル１２５ｂ）に光学的に結合される。
【００２６】
第１の撮像ピクセルの列１２４ａは、第２の撮像ピクセルの列１２４ｂに隣接し、その結果、リファレンスフィルタ１４２に光学的に結合される撮像ピクセル１２５は、多変量光学素子１４０に光学的に結合される撮像ピクセル１２５に隣接して位置付けられる。したがって、標本試料１９０（図１Ａおよび図１Ｂ）の第１の部分１９２が、第１の撮像ピクセルの列１２４ａに光学的に整列されるとき、光は、標本試料の第１の部分１９２に反射し、リファレンスフィルタ１４２を通過して、第１の撮像ピクセルの列１２４ａを照射することができ、それにより、第１の撮像ピクセルの列１２４ａは、標本試料１９０の第１の部分に関する基準信号を出力する。さらに、例えば、並進移動方向１０２に標本資料１９０を並進移動することにより、標本試料１９０の第１の部分１９２が、第２の撮像ピクセルの列１２４ｂに光学的に整列されるとき、光は、標本試料の第１の部分１９２に反射し、多変量光学素子１４０を通過して、第２の撮像ピクセルの列１２４ｂを照射することができ、それにより、第２の撮像ピクセルの列１２４ｂは、標本試料１９０の第１の部分１９２に関するスペクトル信号を出力する。
【００２７】
図３Ｂに示す非制限的な例では、スペクトルイメージャ１１０は、リファレンスフィルタ１４２の間に交互に配置された多変量光学素子１４０を含む。具体的には、第１のリファレンスフィルタ１４２ａは、第１の撮像ピクセルの列１２４ａに光学的に結合され、第１の多変量光学素子１４０ａは、第２の撮像ピクセルの列１２４ｂに光学的に結合され、第２のリファレンスフィルタ１４２ｂは、第３の撮像ピクセルの列１２４ｃに光学的に結合され、第２の多変量光学素子１４０ｂは、第４の撮像ピクセルの列１４２ｄに光学的に結合される。実施形態によっては、第１のリファレンスフィルタ１４２ａは、第１の多変量光学素子１４０ａと一致してもよく、第２のリファレンスフィルタ１４２ｂは、第２の多変量光学素子１４０ｂと一致してもよい。例えば、第１のリファレンスフィルタ１４２ａは、第１の撮像ピクセルの列１２４ａが受ける光の強度を下げることができ、それにより、第１の撮像ピクセルの列１２４ａによって出力される基準信号の最大強度は、第１の多変量光学素子１４０ａのスペクトルシグネチャ内の波長の最大強度と等しくなるか、または第１の多変量光学素子１４０ａのスペクトルシグネチャ内の波長の最大強度の閾値強度内になり、第２のリファレンスフィルタ１４２ｂは、第３の撮像ピクセルの列１２４ｃが受ける光の強度を下げることができ、それにより、第３の撮像ピクセルの列１２４ｃによって出力される基準信号の最大強度は、第２の多変量光学素子１４０ｂのスペクトルシグネチャ内の波長の最大強度と等しくなるか、または第２の多変量光学素子１４０ｂのスペクトルシグネチャ内の波長の最大強度の閾値強度内になる。
【００２８】
実施形態によっては、第１のリファレンスフィルタ１４２ａおよび第２のリファレンスフィルタ１４２ｂは、異なる量で光の強さを下げることができ、第１の多変量光学素子１４０ａおよび第２の多変量光学素子１４０ｂは、異なるスペクトルシグネチャを備えることができる。さらに、実施形態によっては、第２のリファレンスフィルタ１４２ｂおよび第２の多変量光学素子１４０ｂは、第１のリファレンスフィルタ１４２ａおよび第１の多変量光学素子１４０ａとそっくり同じものでもよく、それにより、標本試料１９０を、スペクトルイメージャ１１０の一度の通過中に複数回分析できる。
【００２９】
図３Ｃに示す非制限的な例では、スペクトルイメージャ１１０は、第１の撮像ピクセルの列１２４ａに光学的に結合されるリファレンスフィルタ１４２ならびにそれぞれ第２の撮像ピクセルの列１２４ｂ、第３の撮像ピクセルの列１２４ｃおよび第４の撮像ピクセルの列１２４ｄに光学的に結合される複数の多変量光学素子１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃを備える。具体的には、第１の多変量光学素子１４０ａは、第２の撮像ピクセルの列１２４ｂに光学的に結合され、第２の多変量光学素子１４０ｂは、第３の撮像ピクセルの列１２４ｃに光学的に結合され、第３の多変量光学素子１４０ｃは、第４の撮像ピクセルの列１２４ｄに光学的に結合される。この実施形態では、各多変量光学素子１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃは、異なるスペクトルシグネチャをそれぞれ備えることができ、第１のリファレンスフィルタ１４２ａは、第２の撮像ピクセルの列１２４ｂ、第３の撮像ピクセルの列１２４ｃ、および第４の撮像ピクセルの列１２４ｄを用いて生成されたスペクトル信号と比較できる基準信号の生成を容易にできる。例えば、基準信号の最大強度は、第１の多変量光学素子１４０ａ、第２の多変量光学素子１４０ｂ、第３の多変量光学素子１４０ｃのスペクトルシグネチャの閾値強度内でありうる。
【００３０】
ここで図４を参照すると、スペクトルイメージャ１１０は、筐体１１３および筐体１１３上に配置された開口１１５をさらに備える。開口１１５は、光が筐体１１３に入る場所を提供する。筐体１１３を備える実施形態では、複数の撮像ピクセル１２５を、筐体１１３内に収容でき、それにより、光は開口１１５を通過して、その後複数の撮像ピクセル１２５を照射する。さらに、１つまたは複数の多変量光学素子１４０および１つまたは複数のリファレンスフィルタ１４２を筐体１１３内に収容できる。例えば、リファレンスフィルタ１４２を、第１の撮像ピクセル１２５ａに光学的に結合でき、多変量光学素子１４０を第２の撮像ピクセル１２５ｂに光学的に結合できる。
【００３１】
図４に示すように、スペクトルイメージャ１１０は、筐体１１３内、開口１１５と複数の撮像ピクセル１２５との間に位置付けられ、開口１１５と複数の撮像ピクセル１２５に光学的に結合される内部撮像用光学系１７０をさらに備えうる。内部撮像用光学系１７０は、開口１１５から特定の撮像ピクセル１２５または特定の撮像ピクセルの列１２４などの１つまたは複数の特定の撮像ピクセル１２５の組に選択的に光を向けるよう構成される並進移動可能な光学素子１７２を備える。単一の撮像ピクセルの列１２４を図４に示すが、焦点面アレイ１２２を備えるスペクトルイメージャ１１０の実施形態はまた、並進移動可能な光学素子１７２を有する内部撮像用光学系１７０を含み、使用しうることを理解されたい。一例示的な動作では、並進移動可能な光学素子１７２は、最初に開口１１５から光を（例えば、標本試料１９０に反射した光）第１の撮像ピクセル１２５ａに向けてもよく、それにより、光は、リファレンスフィルタ１４２を通過して、第１の撮像ピクセル１２５ａを照射する。次に、並進移動可能な光学素子は、並進移動して、開口１１５を第２の撮像ピクセル１２５ｂと光学的に整列させてもよく、それにより、光は、多変量光学素子１４０を通過して、第２の撮像ピクセル１２５ｂを照射する。並進移動可能な光学素子１７２は、スペクトルイメージャ１１０が、スペクトルイメージャ１１０および標本試料１９０を互いに対して並進移動することなく基準信号および標本試料１９０に関するスペクトル信号（例えば、標本試料１９０の第１の部分１９２）を生成できるようにする。
【００３２】
ここで、図１Ａから図４を参照すると、イメージングコントローラ１１２は、例えば、フレーミングカメラ１２０の焦点面アレイ１２２などの複数の撮像ピクセル１２５に通信可能に結合される。イメージングコントローラ１１２は、１つまたは複数のプロセッサおよび１つまたは複数のメモリモジュールを備え、複数の撮像ピクセル１２５によって出力され、イメージングコントローラ１１２が受ける信号に基づいて、画像データを生成するよう構成される。例えば、イメージングコントローラ１１２は、リファレンスフィルタ（複数可）１４２に光学的に結合される撮像ピクセル１２５によって出力される基準信号に基づいて基準画像データを生成でき、イメージングコントローラ１１２は、多変量光学素子（複数可）１４０に光学的に結合される撮像ピクセル１２５によって出力されるスペクトル信号に基づいてスペクトル画像データを生成できる。さらに、イメージングコントローラ１１２は、例えば、イメージングコントローラ１１２に通信可能に結合された外部コンピューティングデバイスなどのスペクトルイメージャ１１０のコンピューティング構成要素またはスペクトルイメージャ１１０から分離されたコンピューティング構成要素を備えうる。
【００３３】
動作に際して、イメージングコントローラ１１２は、複数の撮像ピクセル１２５の第１のサブセットによって出力される信号に基づいて画像データを生成するよう構成され、複数の撮像ピクセル１２５の第２のサブセットによって出力される信号に基づいて画像データを生成しない。例えば、複数の撮像ピクセル１２５の第１のサブセットは、リファレンスフィルタ１４２および多変量光学素子１４０に光学的に結合される撮像ピクセル１２５を含むことができ、複数の撮像ピクセル１２５の第２のサブセットは、無フィルタ撮像ピクセル１２７を含むことができる。図３Ａに示す例示的な実施形態では、複数の撮像ピクセル１２５の第１のサブセットは、リファレンスフィルタ１４２に光学的に結合される第１の撮像ピクセルの列１２４ａ、および多変量光学素子１４０に光学的に結合される第２の撮像ピクセルの列１２４ｂを含む。この実施形態では、複数の撮像ピクセル１２５の第２のサブセットは、残りの無フィルタ撮像ピクセル１２７を含む。図３Ｂおよび図３Ｃに示す例示的な実施形態では、複数の撮像ピクセル１２５の第１のサブセットは、リファレンスフィルタ１４２または多変量光学素子１４０にそれぞれ光学的に結合される第１の撮像ピクセルの列１２４ａ、第２の撮像ピクセルの列１２４ｂ、第３の撮像ピクセルの列１２４ｃ、および第４の撮像ピクセルの列１２４ｄを含む。この実施形態では、複数の撮像ピクセル１２５の第２のサブセットは、残りの無フィルタ撮像ピクセル１２７を含む。
【００３４】
複数の撮像ピクセル１２５の第２のサブセットによって出力される信号に基づいて画像データを生成しないことにより（例えば、複数の撮像ピクセル１２５の第２のサブセットを窓掛けする）、イメージングコントローラ１１２は加速した処理速度で画像データを生成できる（例えば、加速した取得フレームレート）。さらに、スペクトルイメージャ１１０の取得フレームレートは、ピクセル量の減少（例えば、撮像ピクセル１２５の数の減少）に反比例して増加する。これにより、フレーミングカメラ１２０は、ラインスキャンカメラの費用の上昇なくラインスキャンカメラの取得フレームレートで動作できる。 非限定的な例として、６４０×４８０アレイの撮像ピクセル１２５を備える焦点面アレイ１２２を有するスペクトルイメージャ１１０は、毎秒約１００フレーム（ｆｐｓ）の取得フレームレートであってもよい。この実施形態では、焦点面アレイ１２２を６４０×２アレイの撮像ピクセル１２５に窓掛けすると、フレームレートは、約２４０００ｆｐｓまで増える（例えば、４８０割る２は２４０なので、約２４０倍に増える）。しかしながら、実施形態によっては、取得フレームレートの増加は、スペクトルイメージャ１１０およびイメージングコントローラ１１２によって引き起こされる処理損失のオーバーヘッドにより減少しうる。
【００３５】
さらに、動作に際して、スペクトルイメージャ１１０と標本試料１９０との間の相対的並進移動速度は、本明細書に記載のスペクトル撮像システム１００の各実施形態のデータ生成の速度を最大化しうるイメージングコントローラ１１２の取得フレームレートに一致するよう構成されうる。さらに、図３Ａに示すように、複数の撮像ピクセル１２５の第１のサブセットが第１の撮像ピクセルの列１２４ａおよび第２の撮像ピクセルの列１２４ｂだけを含むときなど、イメージングコントローラ１１２の取得フレームレートが高いとき、スペクトルイメージャ１１０と標本試料１９０との間の相対的並進移動速度は、第１の並進移動速度でありうる。 図３Ｂおよび図３Ｃに示すように、複数の撮像ピクセル１２５の第１のサブセットが第１の撮像ピクセルの列１２４ａから第４の撮像ピクセルの列１２４ｄまでを含むときなど、イメージングコントローラ１１２の取得フレームレートが低いとき、スペクトルイメージャ１１０と標本試料１９０との間の相対的並進移動速度は、第１の並進移動速度より遅い第２の並進移動速度でありうる。
【００３６】
さらに、図１Ａから図４を参照して、スペクトル撮像システム１００を用いて標本試料１９０を分析する方法を検討する。方法は、特定の順序で以下に記載されるが、その他の順序も考えられることを理解されたい。第１の方法は、スペクトルイメージャ１１０を用いて標本試料１９０の第１の部分１９２に関する基準信号を生成することを含む。基準信号を生成するため、第１の部分１９２は、第１の撮像ピクセルの列１２４ａに配置されてもよく、リファレンスフィルタ１４２に光学的に結合される第１の撮像ピクセル１２５ａと光学的に整列される。例えば、標本試料１９０の第１の部分１９２を撮像領域１８５の第１の部分１８５ａ内に位置付けることによって（図１Ａに示すように）、標本試料１９０の第１の部分１９２は、リファレンスフィルタ１４２および第１の撮像ピクセル１２５ａと光学的に整列されうる。光は、リファレンスフィルタ１４２を通過して、第１の撮像ピクセル１２５ａを照射でき、その結果、第１の撮像ピクセル１２５ａは、標本試料１９０の第１の部分１９２に関する基準信号を出力する。第１の撮像ピクセル１２５ａが受ける光は、標本試料１９０の第１の部分１９２に反射した光を含み、実施形態によっては、光発生装置１６０によって最初に出力された光を含む。基準信号は、基準信号に基づいて標本試料１９０の第１の部分１９２に関する基準画像データを生成するイメージングコントローラ１１２が受けてもよい。
【００３７】
次に、方法は標本試料１９０の第１の部分１９２を第２の撮像ピクセル１２５ｂ（例えば、第２の撮像ピクセルの列１２４ｂ）と光学的に整列させることを含み、それにより、光は多変量光学素子１４０を通過し、その後、第２の撮像ピクセル１２５ｂを照射する。例えば、標本試料１９０の第１の部分１９２を撮像領域１８５の第２の位置１８５ｂ内に位置付ける（図１Ｂに示すように）ことにより、標本試料１９０の第１の部分１９２を多変量光学素子１４０および第２の撮像ピクセル１２５ｂと光学的に整列しうる。実施形態によっては、標本試料１９０の第１の部分１９２を第２の撮像ピクセル１２５ｂと光学的に整列させることは、例えば、標本試料１９０をコンベアベルト１８２を用いて並進移動の方向１０２に並進移動すること、スペクトルイメージャ１１０を並進移動すること（例えば、並進移動の方向１０２と反対方向に）、またはその両方によって、第２の撮像ピクセル１２５ｂおよび標本試料１９０を互いに対して並進移動することを含む。さらに、並進移動可能な光学素子１７２を含む内部撮像用光学系１７０を備えるスペクトルイメージャ１１０の実施形態では、標本試料１９０の第１の部分１９２を第２の撮像ピクセル１２５ｂと光学的に整列させることは、内部撮像用光学系１７０の並進移動可能な光学素子１７２を並進移動させて第２の撮像ピクセル１２５ｂに光を向けることを含みうる。
【００３８】
いったん標本試料１９０の第１の部分１９２を第２の撮像ピクセル１２５ｂと光学的に整列すると、方法は、第２の撮像ピクセル１２５ｂを使用して、スペクトル信号を生成することをさらに含む。具体的には、第２の撮像ピクセル１２５ｂに光を照射すると、スペクトル信号を生成する。光は、多変量光学素子１４０を通過して、第２の撮像ピクセル１２５ｂを照射でき、その結果、第１の撮像ピクセル１２５ａは、標本試料１９０の第１の部分１９２に関するスペクトル信号を出力する。第２の撮像ピクセル１２５ｂが受ける光は、標本試料１９０の第１の部分１９２に反射した光を含み、実施形態によっては、光発生装置１６０によって最初に出力された光を含む。スペクトル信号は、スペクトル信号に基づいて標本試料１９０の第１の部分１９２に関するスペクトル撮像データを生成するイメージングコントローラ１１２が受けてもよい。
【００３９】
さらに図１Ａから図４を参照すると、方法は、イメージングコントローラ１１２を用いて基準画像データとスペクトル画像データを比較することおよび基準画像データとスペクトル画像データとの間の比較に基づいて標本試料１９０の第１の部分１９２の標的スペクトルシグネチャを決定することをさらに含む。実施形態によっては、方法は、標本試料１９０の第１の部分１９２の標的スペクトルシグネチャを標本試料１９０の第１の部分１９２のベースラインスペクトルシグネチャと比較することをさらに含む。ベースラインスペクトルシグネチャは、イメージングコントローラ１１２の１つまたは複数のメモリモジュールに保存されうる。ベースラインスペクトル信号は、標本試料１９０の所望のスペクトルシグネチャを含む。例えば、標本試料１９０が食品を含む実施形態では、ベースラインスペクトルシグネチャは、熟したバージョンの食品のスペクトル試料を含んでもよい。測定された標的スペクトルシグネチャをベースラインスペクトルシグネチャと比較することで、ユーザは標本試料１９０の品質を決定できるようになる。さらに、上述の方法の工程は、標本試料１９０の他の部分で繰り返されてもよく、イメージングコントローラ１１２は、完全な標本試料１９０に関する画像データを、実施形態によっては、複数の標本試料１９０に関する画像データを生成することができるようになる。
【００４０】
前述の説明を鑑みて、スペクトル撮像システムは、撮像ピクセルが標本試料に反射した光に基づいて基準信号またはスペクトル信号を出力できるように、それぞれが撮像ピクセルに光学的に結合されるリファレンスフィルタおよび多変量光学フィルタを有するスペクトルイメージャを含むことを理解されたい。イメージングコントローラは、複数の撮像ピクセルによって出力される信号に基づいて標本試料に関する画像データ（例えば、基準画像データおよびスペクトル画像データ）を生成して、標本試料の標的スペクトルシグネチャを局所化する。本明細書に記載のスペクトル撮像システムは、ラインスキャンカメラの費用の上昇なくラインスキャンカメラの高速処理速度で動作する。さらに、本明細書に記載のスペクトル撮像システムは、以前の撮像システムより複雑でなくまた低コストなハイパースペクトル撮像を実施できる。
【００４１】
範囲は、本明細書において「約」１つの特定の値から、および／または「約」別の特定の値までとして表されうる。こうした範囲を表すとき、別の実施形態は、一方の特定の値からおよび／または他方の特定の値までを含む。同様に、値を、先行する「約」を用いて近似値として表すとき、特定の値が別の実施形態を形成することが理解されよう。さらに、範囲のそれぞれの終点は、その他の終点との関係およびその他の終点とは独立に、重要であることが理解されよう。
【００４２】
本明細書で使用される方向を表す用語（例えば、上、下、右、左、前、後、上部、底部）は、図示の図面を参照するためにのみ使用され、絶対的な方向を示唆する意図はない。
【００４３】
別段の指示がない限り、本明細書に記載のいかなる方法も、その工程が特定の順序で実施されることを要求していると解釈されることを意図しておらず、いずれの装置も特定の配向を要求されていると解釈されることを意図しない。したがって、方法の請求項が、その工程が従うべき順序を実際に列挙しない、またはいずれの装置の請求項も、個々の構成要素に対する順序または配向を実際に列挙しない、あるいは、請求項中または工程が特定の順序に制限されるという説明の中に別段の定めがない、もしくは特定の順序または一装置の構成要素に対する配向が列挙されていない限り、いかなる点においても順序または配向を暗示することを意図しない。これは、工程、操作フロー、構成要素の順序、または構成要素の向きの配置に関する論理事項、文法構成または句読点に由来する単純な意味、および、本明細書に記載の実施形態の数または種類を含む、解釈のためのいずれの考えられる非明確な基準（ｎｏｎ−ｅｘｐｒｅｓｓ  ｂａｓｉｓ）についても言える。
【００４４】
単数形「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」および「その（ｔｈｅ）」は本明細書で使用される場合、文脈上明白に他の意味を指示する場合を除いて、複数形の対象を含蓄する。したがって、例えば、文脈上明白に他の意味を指示する場合を除いて、「１つの」構成要素に対する参照は、２つ以上のこうした構成要素を有する態様を含む。
【００４５】
用語「実質的に」は、任意の定量的比較、値、測定値、またはその他の表現に起因しうる固有の不確実性の度合いを表すために本明細書で使用されうることに留意されたい。この用語はまた、定量的表示が、論争中の主題の基本的機能を変化させることなく、記載した参照から異なっていてもよい程度を表すために本明細書で使用される。
【００４６】
本明細書に特定の実施形態が例示され、説明されるが、様々なその他の変化及び変更が、請求項に記載された主題の趣旨および範囲から逸脱することなく行われうることを理解されたい。さらに、請求項に記載された主題の様々な態様が、本明細書に説明されるが、こうした態様は、組み合わせで使用される必要はない。したがって、添付の特許請求の範囲は、請求項に記載された主題の範囲内のすべてのこうした変化および変更を網羅することを意図する。
【００４７】
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
【００４８】
実施形態１  
焦点面アレイであって、
前記焦点面アレイが、複数の撮像ピクセルの列を含み、
前記複数の撮像ピクセルの列の各撮像ピクセルの列が、２つ以上の個々の撮像ピクセルを含み、
前記複数の撮像ピクセルの列が、第１の撮像ピクセルの列および第２の撮像ピクセルの列を含む、焦点面アレイと、
前記焦点面アレイの前記第１の撮像ピクセルの列に光学的に結合されるリファレンスフィルタと、
前記焦点面アレイの前記第２の撮像ピクセルの列に光学的に結合される多変量光学素子と、
を備える、スペクトル撮像システム。
【００４９】
実施形態２  
前記焦点面アレイに光学的に結合される少なくとも１つのレンズを含む撮像用光学系をさらに備え、前記焦点面アレイおよび前記撮像用光学系が、少なくとも１つのレンズの焦点が前記焦点面アレイ上に投射されるように互いに対して位置付けられる、実施形態１に記載のスペクトル撮像システム。
【００５０】
実施形態３  
１つまたは複数のプロセッサおよび１つまたは複数のメモリモジュールを含むイメージングコントローラをさらに備え、
前記イメージングコントローラが、前記焦点面アレイに通信可能に結合され、前記焦点面アレイによって出力される信号を処理し、前記焦点面アレイの前記複数の撮像ピクセルの列のサブセットによって出力される信号に基づいて画像データを生成するよう構成され、
前記複数の撮像ピクセルの列の前記サブセットが、前記第１のピクセルの列および前記第２のピクセルの列を含む、実施形態１または２に記載のスペクトル撮像システム。
【００５１】
実施形態４  
前記複数の撮像ピクセルの列が、前記多変量光学素子または前記リファレンスフィルタに光学的に結合されない無フィルタ撮像ピクセルの列を含み、
前記複数の撮像ピクセルの列の前記サブセットが、前記無フィルタ撮像ピクセルの列を含まない、実施形態３に記載のスペクトル撮像システム。
【００５２】
実施形態５  
前記多変量光学素子が、前記多変量光学素子を通るスペクトルシグネチャの１つ以上の波長を含む光の通過を許し、前記多変量光学素子を通る前記スペクトルシグネチャ外の１つ以上の波長を含む光の通過を防ぐよう構成される、実施形態１から４に記載のスペクトル撮像システム。
【００５３】
実施形態６  
前記多変量光学素子が、第１の多変量光学素子を含み、前記スペクトル撮像システムが、前記複数の撮像ピクセルの列の第３の撮像ピクセルの列に光学的に結合される第２の多変量光学素子をさらに含み、前記第２の撮像ピクセルの列が、前記第１の撮像ピクセルの列と前記第３の撮像ピクセルの列との間に位置付けられる、実施形態１から５のいずれかに記載のスペクトル撮像システム。
【００５４】
実施形態７  
前記リファレンスフィルタが、前記複数の撮像ピクセルの列の前記第１の撮像ピクセルの列が受ける光の強度を低減するよう構成される中性濃度フィルタを含む、実施形態１から６のいずれかに記載のスペクトル撮像システム。
【００５５】
実施形態８  
前記多変量光学素子が、第１の多変量光学素子を含み、前記リファレンスフィルタが、第１のリファレンスフィルタを含み、前記スペクトル撮像システムが、
第３の撮像ピクセルの列に光学的に結合される第２のリファレンスフィルタと、
前記複数の撮像ピクセルの列の第４の撮像ピクセルの列に光学的に結合される第２の多変量光学素子と、
をさらに含み、
前記第２の撮像ピクセルの列が前記第１の撮像ピクセルの列と前記第３の撮像ピクセルの列との間に位置付けられ、
前記第３の撮像ピクセルの列が前記第２の撮像ピクセルの列と前記第４の撮像ピクセルの列との間に位置付けられる、実施形態１から７のいずれかに記載のスペクトル撮像システム。
【００５６】
実施形態９  
前記リファレンスフィルタがリニア可変フィルタを含む、実施形態１から８のいずれかに記載のスペクトル撮像システム。
【００５７】
実施形態１０  
１つまたは複数のコンベアローラに回転可能に結合されるコンベアベルトを有するコンベアシステムをさらに備え、前記コンベアベルトおよび前記焦点面アレイが、撮像経路が前記コンベアベルトと前記焦点面アレイとの間に延びるように位置付けられる、実施形態１から９のいずれかに記載のスペクトル撮像システム。
【００５８】
実施形態１１  
スペクトル撮像システムを用いて前記標本試料の第１の部分に関する基準信号を生成するステップであって、前記スペクトル撮像システムが、
第１の撮像ピクセルおよび第２の撮像ピクセルを含む複数の撮像ピクセルと、
前記第１の撮像ピクセルに光学的に結合されるリファレンスフィルタと、
前記第２の撮像ピクセルに光学的に結合される多変量光学素子と、
を備え、
光が前記リファレンスフィルタを通過し、その後前記第１の撮像ピクセルを照射するように、前記標本試料の前記第１の部分を前記第１の撮像ピクセルと光学的に整列させ、それにより、前記基準信号を生成するステップと、
前記光が前記多変量光学素子を通過し、その後前記第２の撮像ピクセルを照射するように、前記標本試料の前記第１の部分を前記第２の撮像ピクセルと光学的に整列させるステップと、
前記第２の撮像ピクセルに光を照射すると、スペクトル信号を生成するステップと、
を含む方法。
【００５９】
実施形態１２  
前記第１の撮像ピクセルおよび前記第２の撮像ピクセルに通信可能に結合されるイメージングコントローラで前記基準信号および前記スペクトル信号を受けるステップと、
前記イメージングコントローラを用いて、前記基準信号に基づく前記標本試料の前記第１の部分に関する基準画像データおよび前記スペクトル信号に基づく前記標本試料の前記第１の部分に関する前記スペクトル画像データを生成するステップと、
前記基準画像データおよび前記スペクトル画像データを比較するステップと、
前記基準画像データと前記スペクトル画像データとの間の前記比較に基づいて前記標本試料の第１の部分の標的スペクトルシグネチャを決定するステップと、
をさらに含む、実施形態１１に記載の方法。
【００６０】
実施形態１３  
前記標本試料の前記第１の部分の前記標的スペクトルシグネチャを、前記標本試料の前記第１の部分のベースラインスペクトルシグネチャと比較するステップをさらに含む、実施形態１２に記載の方法。
【００６１】
実施形態１４  
前記スペクトル撮像システムが、
焦点面アレイであって、
前記焦点面アレイが、複数の撮像ピクセルの列を含み、
前記複数の撮像ピクセルの列の各撮像ピクセルの列が、２つ以上の個々の撮像ピクセルを含み、
前記複数の撮像ピクセルの列が、前記第１の撮像ピクセルを含む第１の撮像ピクセルの列および前記第２の撮像ピクセルを含む第２の撮像ピクセルの列を含む、焦点面アレイをさらに含み、
前記リファレンスフィルタが、前記焦点面アレイの前記第１の撮像ピクセルの列に光学的に結合され、
前記多変量光学素子が、前記焦点面アレイの前記第２の撮像ピクセルの列に光学的に結合される、実施形態１１から１３のいずれかに記載の方法。
【００６２】
実施形態１５  
前記標本試料の前記第１の部分を前記第２の撮像ピクセルと光学的に整列させるステップが、前記焦点面アレイおよび前記標本試料を互いに対して並進移動させるステップを含む、実施形態１４に記載の方法。
【００６３】
実施形態１６  
前記スペクトル撮像システムが、
開口と、
前記開口と前記複数の撮像ピクセルとの間に位置付けられ、前記開口と前記複数の撮像ピクセルとに光学的に結合される撮像用光学系であって、前記撮像用光学系が、前記開口から前記複数の撮像ピクセルのうちの１つ以上に光を向けるよう構成される、撮像用光学系と、
をさらに備え、
前記リファレンスフィルタが、前記撮像用光学系と前記第１の撮像ピクセルとの間に位置付けられ、
前記多変量光学素子が前記撮像用光学系と前記第２の撮像ピクセルとの間に位置付けられる、実施形態１４に記載の方法。
【００６４】
実施形態１７  
前記撮像用光学系が、並進移動可能な光学構成要素を含み、前記標本試料の前記第１の部分を前記第２の撮像ピクセルと光学的に整列させることが、前記撮像用光学系の前記並進移動可能な光学構成要素を並進移動させて前記第２の撮像ピクセルに光を向けることを含む、実施形態１６に記載の方法。
【００６５】
実施形態１８
開口と、
第１の撮像ピクセルおよび第２の撮像ピクセルを含む複数の撮像ピクセルと、
前記開口と前記複数の撮像ピクセルとの間に位置付けられ、前記開口と前記複数の撮像ピクセルとに光学的に結合される撮像用光学系であって、前記撮像用光学系が、前記開口から前記複数の撮像ピクセルの１つ以上に光を向けるよう構成される、撮像用光学系と、
前記第１の撮像ピクセルに光学的に結合され、前記撮像用光学系と前記第１の撮像ピクセルとの間に位置付けられるリファレンスフィルタと、
前記第２の撮像ピクセルに光学的に結合され、前記撮像用光学系と前記第２の撮像ピクセルとの間に位置付けられる多変量光学素子と、
を備えるスペクトル撮像システム。
【００６６】
実施形態１９  
筐体をさらに備え、
前記開口が前記筐体上に配置され、
前記複数の撮像ピクセル、前記撮像用光学系、前記リファレンスフィルタ、および前記多変量光学素子が、前記筐体内にそれぞれ収容される、実施形態１８に記載のスペクトル撮像システム。
【００６７】
実施形態２０  
前記撮像用光学系が、光を前記第１の撮像ピクセルおよび前記第２の撮像ピクセルに選択的に向けるよう構成される並進移動可能な光学構成要素を含む、実施形態１８に記載のスペクトル撮像システム。
【符号の説明】
【００６８】
１００    スペクトル撮像システム
１１０    スペクトルイメージャ
１１２    イメージングコントローラ
１２０    フレーミングカメラ
１２２    焦点面アレイ
１２４    撮像ピクセルの列          
１２５    撮像ピクセル
１４０    多変量光学素子
１４２    リファレンスフィルタ
【図１Ａ】
2019537021.tif 000003
【図１Ｂ】
2019537021.tif 000004
【図１Ｃ】
2019537021.tif 000005
【図２】
2019537021.tif 000006
【図３Ａ】
2019537021.tif 000007
【図３Ｂ】
2019537021.tif 000008
【図３Ｃ】
2019537021.tif 000009
【図４】
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【国際調査報告】
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2019537021.tif 000012
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